JP3941464B2 - Manufacturing method of nitride semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は発光ダイオード(LED)、レーザーダイオード(LD)あるいは他の電子デバイス、パワーデバイス、受光デバイス等に使用される窒化ガリウム系化合物半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X≦1、0≦Y≦1、X+Y≦1)からなる素子に関し、特に電極に係り、特にn型窒化ガリウム系化合物半導体層(以下、n型層という。)に形成される電極(負電極)に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、実用レベルの青色発光ダイオードや、室温での連続発振が可能な青色レーザが実現されている。そして発光ダイオードを用いた高光度フルカラーの高画質化や、レーザを用いたディジタルビデオディスク(DVD)あるいは他の電子デバイス、パワーデバイス、受光デバイスなどの光ディスクの高密度記録の短波長青色発光素子の実現化のために、更なる開発が進められている。その開発の一つに発光効率の向上がある。
発光効率は、窒化物半導体層と電極との接触抵抗率が低くオーミック接触が良好であると、順方向電圧が下がり、それによって向上する。
本発明者等は、n型窒化物半導体層(以下単にn型層という)とオーミック接触が良好であるn型層の電極(以下n電極という)として、特開平7−45867号公報に記載のチタンとアルミニウムからなるn電極を開示している。しかしこの公報に記載の電極は、アルミニウムが酸化されやすいことから、ボンディング時にワイヤーからできるボールとn電極との接着強度が弱くなり易い傾向にある。
【0003】
また、本発明者等は、特開平7−221103号公報に、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)及びAlより高融点の金属からなるn電極を開示した。この技術は、オーミック接触が良好であると共に電極の耐久性を向上させることができる。
【特許文献1】
特開平7−45867号公報
【特許文献2】
特開平7−221103号公報
【特許文献3】
特開平03−203284号公報
【特許文献4】
特開平04−225280号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記技術はLEDにおいては良好であるが、LEDよりも電流密度が高く電極での発熱が大きいLDでは電極が変質しやすく、素子の寿命が低下し十分満足できるものでない。
そこで本発明の目的は、n型層に形成するn電極がn型層との好ましいオーミック接触を得ると共に、過酷な使用条件でも変質しにくいn電極を有する窒化物半導体発光素子を提供することにある。
【0005】
即ち、本発明の目的は、下記(1)〜(3)の構成によって達成することができる。
(1) 少なくとも窒化ガリウム系のn型窒化物半導体と窒化ガリウム系のp型窒化物半導体とを有する窒化物半導体発光素子の製造方法であって、該n型窒化物半導体の表面に、チタン、ジルコニウム及びタングステンの少なくとも1種からなる第一の電極材料と、アルミニウム、ケイ素及びゲルマニウムの少なくとも1種からなる第二の電極材料から二種以上の金属を用い且つ各金属を多層膜として積層し、その上にロジウムからなる第三の電極材料を、前記第一の電極材料または前記第二の電極材料から二種以上の金属を用い且つ第一の電極材料及び第二の電極材料を多層膜として積層し、且つその上に前記第三の電極材料を積層して電極材料を形成する工程と、
前記電極材料を形成する工程の後に、前記電極材料をアニーリングすることにより、前記多層膜の一部、または全部を合金化する工程とを有することを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
(2) 前記電極材料を形成する工程において、前記第三の電極材料の上に、金からなる第四の電極材料を形成することを特徴とする前記(1)に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
(3) 前記電極材料を形成する工程において、前記第一の電極材料が前記n型窒化物半導体に接して積層され、その上に前記第二の電極材料と、前記第三の電極材料が順に積層する前記(1)または(2)に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【0006】
つまり、本発明は、n電極の材料として上記特定の金属の組み合わせ、特にRhを組み合わせて用いることにより、良好なオーミック接触及び酸化等による電極の劣化を防止し、電極の耐久性の向上を可能にした。
また電極の最上にAuを設けることにより、酸化等の電極の変質を良好に防止でき、更にボールとn電極との接着性を向上させることができ好ましい。
【0007】
【実施の形態】
本発明のn電極は、第一〜第三の電極材料、更に本発明の効果を良好とするために第四の電極材料から構成される。また本発明の効果を阻害しない範囲であればその他の金属を含有してもよい。
第一の電極材料は、Ti、Zr及びWの少なくとも1種であり、第二の電極材料は、Al、Si及びGeの少なくとも1種であり、第三の電極材料は、Rhである。二種以上からなる第一の電極材料及び第二の電極材料は、一種でも二種以上の金属を用いてもよい。
【0008】
本発明のn電極は、第一の電極材料〜第三の電極材料からなる金属薄膜を積層して形成される。ここで本発明における電極材料は、いずれもn型窒化物半導体に接して形成されてもよく、また各電極材料の積層順は特に限定されない。また電極形成時に、同一の電極材料を二度以上用いてもよい。
電極材料の積層順としては、例えば第一の電極材料がn型層に接して積層され、第一の電極材料の上に第二の電極材料が積層され、最後に第三の電極材料が積層されている積層順等を挙げることができる。また、同一の電極材料を二度以上用いる積層順として、例えば第一、第二、第一、そして最後に第三の順で各電極材料を積層する積層順等が挙げられる。
このように積層されていると、再現性良くオーミック接触が得られるため好ましい。また、上記の積層順で第三の電極材料がn型層から最も遠い、つまりn電極の最上に積層されていると、第三の電極材料であるRhが第二の電極材料より高融点であり、且つ酸化されにくいため電極の酸化を防止するのに効果的である。
【0009】
また二種以上の金属を電極材料として用いる場合、例えば第一の電極材料として二種以上の金属を用いる場合は、電極形成時に一種ずつ金属をそれぞれ積層し多層膜とするかあるいは二種以上の金属を合金化して積層する。また第一〜第三の電極材料はいずれの組み合わせでもよい。例えば各電極材料の組み合わせの一例として[Ti、Al、Rh]、[Ti、Si、Rh]、[Zr、Al、Rh]、[(Ti−W)、Ge、Rh]、[W、(Al−Si)、Rh]、[Ti、Al、Ti、Rh]、等の組み合わせをとることができる。上記の各電極材料の組み合わせはほんの一例を示したにすぎず、本発明はこれに限定されない。また上記の各電極材料の組み合わせにおける電極形成時の積層順は種々可能である。
また上記の例で第一の電極材料がTiとWの二種の金属を用いる等、第一及び第二の電極材料が二種以上の金属を用いる場合の各金属の割合は、特に限定されるものではなく、任意に変更することができる。金属の割合の調節は、例えば2種以上の金属を第一の電極材料とする場合を例に取ると、各金属を積層する場合には金属薄膜の膜厚を調整し、あるいは合金化されて積層される場合には合金の各金属の割合を調節する。
【0010】
更に本発明は、電極の第四の電極材料として、金(Au)を含有することが効果を得る上で好ましい。Auからなる第四の電極材料は、上記第一〜第三の電極材料とともに電極を形成する際、各材料の積層順は特に限定されないが、好ましくはn型層から最も遠いn電極の最上に形成される。Auは電極の酸化を防止しワイヤーからできるボールとの接着強度を強くすることができる。
【0011】
上記のように第一の電極材料から第三の電極材料を積層した後、あるいは第一の電極材料から第四の電極材料を積層した後、積層した電極材料と窒化物半導体層との接触を良くしてオーミック接触を得るためアニーリング処理をする。その際、第一及び第二の電極材料が二種以上の金属を用い且つ各金属を多層膜として積層してあると、多層膜はアニーリング条件(主として熱)や電極材料の膜厚等により多層膜の一部、または全部が合金化する。また各積層されたそれぞれの電極材料の間で合金が起こっている場合もある。
本発明で言う合金化は、各金属が均一に混合している訳でなく渾然一体となった状態である。また合金化されていない場合であっても金属の薄膜がはっきり分離されている訳ではなく、各電極材料の接触面付近でわずかな金属の移動が起こり、微視的に見ると各電極材料の接触面で本発明で言う合金化が生じている場合がある。
【0012】
本発明においてn電極の厚さは、各電極材料の積層後の膜厚の総膜厚であり、各電極材料の膜厚を変えることにより、n電極の膜厚が調整される。
第一の電極材料の膜厚は、10nm〜200nm、好ましくは10nm〜50nmである。この範囲であるとn型層とオーミックが得られやすい。
第二の電極材料の膜厚は、50nm〜500nm、好ましくは100nm〜200nmである。この範囲であるとn型層と好ましいオーミックが得られると共に、熱に対しても安定な電極が得られる。
第三の電極材料の膜厚は、100nm〜1000nm、好ましくは300nm〜500nmである。この範囲であると電極の酸化が防止でき更に、接着強度が向上する。
第四の電極材料の膜厚は、100nm〜1μm、好ましくは200nm〜500nmである。この範囲であると電極の酸化の防止が良好となると共に、n電極の最上に第四の電極材料が用いられるとボールとの接着強度が向上する。
【0013】
本発明において、n電極の形成方法は、第一〜第三あるいは第四の電極材料を積層して行われる。各電極材料の積層順は、上記したように特に限定されず、好ましい積層順は、第一、第二、第三続いて第四の各電極材料を積層して電極を形成することが好ましい。そしてこれらの電極材料は、金属あるいは合金を、例えば蒸着、スパッタ等の装置を用いて積層され電極を形成する。
二種以上の金属を電極材料とする第一及び第二の電極材料の場合、一種ずつの金属を積層した多層膜は、アニーリング処理により合金化していることがある。
【0014】
本発明は、上記第一〜第三の電極材料を積層後、あるいは第一〜第四の電極材料を積層後、良好なオーミック接触を得るために、アニーリング処理を行う。アニーリング温度は、400℃以上、好ましくは600℃以上であり、上限は特に限定されないが好ましくは1200℃以下である。400℃以上でアニーリングをすると抵抗率が下がり始め好ましいオーミック接触が得られ、また1200℃以下であると窒化物半導体の分解を防止することができ好ましい。
【0015】
本発明において、電極が形成される窒化物半導体は、有機金属気相成長法(MOCVD、MOVPE)、ハイドライド気相成長法(HDCVD)等の気相成長法を用いて成長される。n電極はn型の窒化物半導体に、p電極はp型の窒化物半導体にそれぞれ形成される。ここでn型あるいはp型とは、n型あるいはp型の不純物が含有された窒化物半導体を示す。また、本発明のn電極はいずれの層構成を有する窒化物半導体にも適用させることができる。また本発明のn電極とともにp型層に形成されるp電極はいずれのものでもよい。
【0016】
【実施例】
以下、実施例において本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
[実施例1]
本発明に係る実施例1は図4に示す窒化物半導体素子(LD素子)の作成例であり、以下の手順で作製される。
まず、サファイア(C面)よりなる基板10を反応容器内にセットし、容器内を水素で十分置換した後、水素を流しながら、基板の温度を1050℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。
続いて、温度を510℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア(NH3)とTMG(トリメチルガリウム)とを用い、基板10上にGaNよりなるバッファ層11を約200オングストロームの膜厚で成長させる。
【0017】
バッファ層11成長後、TMGのみ止めて、温度を1050℃まで上昇させる。1050℃になったら、同じく原料ガスにTMG、アンモニアガスを用い、キャリア濃度1×1018/cm3アンドープGaNよりなる第2のバッファ層112を5μmの膜厚で成長させる。第2のバッファ層112はInXAlYGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成でき、その組成は特に問うものではないが、好ましくはアンドープでAl(Y値)が0.1以下のAlYGa1−YN、最も好ましくはアンドープのGaNとする。
続いて、1050℃でTMG、アンモニア、不純物ガスにシランガス(SiH4)を用い、Siを1×1019/cm3ドープしたn型GaNよりなるn側コンタクト層12を1μmの膜厚で成長させる。このn側コンタクト層12は超格子で形成するとさらに好ましい。
【0018】
次に、温度を800℃にして、原料ガスにTMG、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニア、不純物ガスにシランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープしたIn0.1Ga0.9Nよりなるクラック防止層13を500オングストロームの膜厚で成長させる。
【0019】
そして、温度を1050℃にして、TMA(トリメチルアルミニウム)、TMG、アンモニア、シランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープしたn型Al0.2Ga0.8Nよりなる第1の層を20オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、TMA、シランを止め、アンドープGaNよりなる第2の層を20オングストロームの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ100回繰り返し、総膜厚0.4μmの超格子層よりなるn側クラッド層14を成長させる。
【0020】
続いて、1050℃でアンドープGaNよりなるn側光ガイド層15を0.1μmの膜厚で成長させる。
次に、TMG、TMI、アンモニア、シランガスを用いて活性層16を成長させる。活性層16は温度を800℃に保持して、まずSiを8×1018/cm3でドープしたIn0.2Ga0.8Nよりなる井戸層を25オングストロームの膜厚で成長させる。次にTMIのモル比を変化させるのみで同一温度で、Siを8×1018/cm3ドープしたIn0.01Ga0.99Nよりなる障壁層を50オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を2回繰り返し、最後に井戸層を積層した総膜厚175オングストロームの多重量子井戸構造(MQW)の活性層16を成長させる。
【0021】
次に、温度を1050℃に上げ、原料ガスにTMG、TMA、アンモニア、不純物ガスにCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、Mgを1×1020/cm3ドープしたp型Al0.3Ga0.7Nよりなるp側キャップ層17を300オングストロームの膜厚で成長させる。
続いて、1050℃で、バンドギャップエネルギーがp側キャップ層17よりも小さい、アンドープGaNよりなるp側光ガイド層18を0.1μmの膜厚で成長させる。
【0022】
続いて、TMG、TMA、アンモニア、Cp2Mgを用い、1050℃でMgを1×1020/cm3ドープしたp型Al0.2Ga0.8Nよりなる第1の層を20オングストロームの膜厚で成長させ、続いてTMAのみを止め、Mgを1×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなる第2の層を20オングストロームの膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ100回繰り返し、総膜厚0.4μmの超格子層よりなるp側クラッド層19を形成する。
最後に、1050℃で、p側クラッド層19の上に、Mgを2×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp側コンタクト層20を150オングストロームの膜厚で成長させる。
【0023】
反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、700℃でアニーリングを行い、p型層をさらに低抵抗化する。
アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、図1に示すように、RIE装置により最上層のp側コンタクト層20と、p側クラッド層19とをエッチングして、4μmのストライプ幅を有するリッジ形状とする。
【0024】
次にリッジ表面にマスクを形成し、図1に示すように、ストライプ状のリッジに対して左右対称にして、n側コンタクト層12の表面を露出させる。
【0025】
次にp側コンタクト層20のストライプリッジ最表面のほぼ全面にNiとAuよりなるp電極21を形成する。一方、Tiを10nmと、Alを200nmと、Rhを200nmと、Auを200nmの膜厚で順に蒸着してn電極23をストライプ状のn側コンタクト層12のほぼ全面に形成する。
p電極14を形成後、マスクを除去し、ウェーハをアニーリング装置に入れ、不活性ガス雰囲気中600℃で10分間アニーリングする。
【0026】
次に、図1に示すようにp電極21と、n電極23との間に露出した窒化物半導体層の表面にSiO2よりなる絶縁膜25を形成し、この絶縁膜25を介してp電極21と電気的に接続したpパッド電極22、及びnパッド電極24を形成する。
以上のようにして、n電極とp電極とを形成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド研磨剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側のサファイア基板1をラッピングし、基板の厚さを50μmとする。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で1μmポリシングして基板表面を鏡面状とする。
【0027】
基板研磨後、研磨面側をスクライブして、ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、劈開面に共振器を作製する。共振器面にSiO2とTiO2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にp電極に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとした。次にチップをフェースアップ(基板とヒートシンクとが対向した状態)でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、LD素子を作製した。
このLD素子を室温でレーザ発振を試みたところ、室温において、しきい値電流密度2.9kA/cm2、しきい値電圧4.4Vで良好なオーミック接触が得られた。更にこのLD素子より無造作に100個抽出し、40℃、90%RHの高温高湿状態で連続発振をさせたところ、いずれの素子も10時間以上の寿命を示し、高湿でも電極が変質することなく十分な耐久性を有することがわかった。
【0028】
[実施例2]
実施例1において、n型GaNコンタクト層の表面に形成する電極を、Zrを60nm、Siを30nm、Rhを200nm、Auを200nmの膜厚で順に蒸着した他は同様にして行ったところ、同様に良好なオーミック接触が得られた。更に、実施例1と同様に高温高湿状態で連続発振をさせたところ、実施例1と同様に良好な結果が得られた。
【0029】
[実施例3]
実施例1において、n型GaNコンタクト層の表面に形成する電極を、Tiを40nm、Alを150nm、Tiを30nm、Rhを200nm、Auを200nmの膜厚で順に蒸着した他は同様にして行ったところ、同様に良好なオーミック接触が得られた。更に、実施例1と同様に高温高湿状態で連続発振をさせたところ、実施例1とほぼ同様の結果が得られた。
【0030】
[比較例1]
実施例1において、n型GaNコンタクト層の表面に形成する電極を、Tiを10nm、Siを50nm、Auを200nmの膜厚で順に蒸着した他は同様にして行ったところ、同様に良好なオーミック接触が得られたものも、実施例1と同様に高温高湿状態で連続発振をさせたところ、1時間未満しか連続発振できなかった。
【0031】
【発明の効果】
本発明は、n型窒化物半導体層と非常に好ましいオーミック接触を有し、過酷な条件で発光素子が使用されても、変質しにくく素子の寿命特性が良好なn電極を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のn電極を設けることのできる一実施形態である窒化物半導体発光素子の構造を示す模式断面図である。
【符号の説明】
10・・・・基板
11・・・・バッファ層
112・・・・第2のバッファ層
12・・・・n側コンタクト層
13・・・・クラック防止層
14・・・・n側クラッド層(超格子層)
15・・・・n側光ガイド層
16・・・・活性層
17・・・・キャップ層
18・・・・p側光ガイド層
19・・・・p側クラッド層(超格子層)
20・・・・p側コンタクト層
21・・・・p電極
22・・・・pパッド電極
23・・・・n電極
24・・・・nパッド電極
25・・・・絶縁膜[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor (In X Al Y Ga 1-XY N, 0 ≦ used in a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), or other electronic device, power device, light receiving device, or the like. X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, and X + Y ≦ 1) In particular , the present invention relates to an electrode, particularly an electrode (negative electrode) formed on an n-type gallium nitride compound semiconductor layer (hereinafter referred to as an n-type layer). )
[0002]
[Prior art]
In recent years, blue light-emitting diodes of practical level and blue lasers capable of continuous oscillation at room temperature have been realized. In addition, high-luminance full-color image quality using light-emitting diodes and high-density short-wave blue light-emitting elements for high-density recording on digital video disks (DVDs) using lasers or other electronic devices, power devices, light-receiving devices, etc. Further development is underway for realization. One of the developments is improving luminous efficiency.
The luminous efficiency is improved when the contact resistance between the nitride semiconductor layer and the electrode is low and the ohmic contact is good, thereby reducing the forward voltage.
The present inventors described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-45867 as an electrode of an n-type layer (hereinafter referred to as n-electrode) having good ohmic contact with an n-type nitride semiconductor layer (hereinafter simply referred to as n-type layer). An n-electrode made of titanium and aluminum is disclosed. However, since the electrode described in this publication tends to oxidize aluminum, the bonding strength between the ball and n-electrode formed from a wire during bonding tends to be weakened.
[0003]
In addition, the present inventors disclosed an n-electrode made of titanium (Ti), aluminum (Al), and a metal having a higher melting point than Al in JP-A-7-221103. This technique can improve ohmic contact and electrode durability.
[Patent Document 1]
JP 7-45867 A [Patent Document 2]
JP-A-7-221103 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 03-203284 [Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 04-225280
[Problems to be solved by the invention]
However, although the above technique is good for an LED, an LD that has a higher current density than that of an LED and generates a large amount of heat at the electrode tends to deteriorate the electrode, and the life of the element is reduced, which is not satisfactory.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device having an n electrode which is formed on an n-type layer and obtains a preferable ohmic contact with the n-type layer, and which has an n electrode which is not easily altered even under severe use conditions. is there.
[0005]
That is, the object of the present invention can be achieved by the following constitutions (1) to ( 3 ).
(1) A method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device having at least a gallium nitride-based n-type nitride semiconductor and a gallium nitride-based p-type nitride semiconductor, the surface of the n-type nitride semiconductor having titanium, Using two or more metals from a first electrode material consisting of at least one of zirconium and tungsten and a second electrode material consisting of at least one of aluminum, silicon and germanium, and laminating each metal as a multilayer film, On top of that, a third electrode material made of rhodium, two or more metals from the first electrode material or the second electrode material are used, and the first electrode material and the second electrode material are formed as a multilayer film. Laminating and laminating the third electrode material thereon to form an electrode material;
A method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, comprising: after the step of forming the electrode material, alloying a part or all of the multilayer film by annealing the electrode material.
(2) The nitride semiconductor light-emitting element according to (1), wherein, in the step of forming the electrode material, a fourth electrode material made of gold is formed on the third electrode material. Manufacturing method.
(3) In the step of forming the electrode material, the first electrode material is laminated in contact with the n-type nitride semiconductor, and the second electrode material and the third electrode material are sequentially formed thereon. The manufacturing method of the nitride semiconductor light-emitting device according to (1) or (2), wherein the layers are stacked.
[0006]
That is, according to the present invention, the combination of the above-mentioned specific metals, particularly Rh, is used as the material for the n-electrode, thereby preventing electrode deterioration due to good ohmic contact and oxidation, and improving the durability of the electrode. I made it.
Further, it is preferable to provide Au on the uppermost part of the electrode because it can satisfactorily prevent deterioration of the electrode such as oxidation, and can further improve the adhesion between the ball and the n electrode.
[0007]
[Embodiment]
The n-electrode of the present invention is composed of first to third electrode materials and a fourth electrode material in order to improve the effects of the present invention. Moreover, you may contain another metal if it is a range which does not inhibit the effect of this invention.
The first electrode material is at least one of Ti, Zr, and W, the second electrode material is at least one of Al, Si, and Ge, and the third electrode material is Rh. The first electrode material and the second electrode material composed of two or more kinds may be used alone or in combination of two or more metals.
[0008]
The n-electrode of the present invention is formed by laminating metal thin films made of a first electrode material to a third electrode material. Here, any of the electrode materials in the present invention may be formed in contact with the n-type nitride semiconductor, and the stacking order of the electrode materials is not particularly limited. Further, the same electrode material may be used twice or more at the time of electrode formation.
For example, the first electrode material is laminated in contact with the n-type layer, the second electrode material is laminated on the first electrode material, and finally the third electrode material is laminated. The order of stacking that has been performed can be mentioned. Examples of the stacking order in which the same electrode material is used twice or more include a stacking order in which the electrode materials are stacked in the first, second, first, and finally third order.
Such lamination is preferable because ohmic contact can be obtained with good reproducibility. In addition, when the third electrode material is farthest from the n-type layer in the above-described stacking order, that is, when it is stacked on the top of the n electrode, the third electrode material Rh has a higher melting point than the second electrode material. It is effective in preventing oxidation of the electrode because it is difficult to oxidize.
[0009]
Also, when two or more kinds of metals are used as the electrode material, for example, when two or more kinds of metals are used as the first electrode material, each of the metals is laminated at the time of electrode formation to form a multilayer film or two or more kinds of metals. The metal is alloyed and laminated. The first to third electrode materials may be any combination. For example, [Ti, Al, Rh], [Ti, Si, Rh], [Zr, Al, Rh], [(Ti-W), Ge, Rh], [W, (Al -Si), Rh], [Ti, Al, Ti, Rh], etc. can be combined. The combination of each of the above electrode materials is only an example, and the present invention is not limited to this. Further, the order of stacking at the time of electrode formation in the combination of the above electrode materials can be various.
In the above example, the ratio of each metal is particularly limited when the first and second electrode materials use two or more metals, for example, the first electrode material uses two metals of Ti and W. It can be changed arbitrarily. For example, in the case where two or more kinds of metals are used as the first electrode material, the metal ratio is adjusted by adjusting the film thickness of the metal thin film or alloying when each metal is laminated. In the case of lamination, the ratio of each metal of the alloy is adjusted.
[0010]
Further, in the present invention, it is preferable that gold (Au) is contained as the fourth electrode material of the electrode in order to obtain the effect. In the fourth electrode material made of Au, when the electrodes are formed together with the first to third electrode materials, the stacking order of the materials is not particularly limited, but preferably the top of the n electrode farthest from the n-type layer. It is formed. Au can prevent the electrode from being oxidized and increase the bonding strength with a ball made of a wire.
[0011]
After the third electrode material is laminated from the first electrode material as described above, or after the fourth electrode material is laminated from the first electrode material, contact between the laminated electrode material and the nitride semiconductor layer is performed. Annealing is performed to improve the ohmic contact. At that time, if the first and second electrode materials use two or more kinds of metals and each metal is laminated as a multilayer film, the multilayer film is multilayered depending on annealing conditions (mainly heat), the film thickness of the electrode material, etc. Part or all of the film is alloyed. In some cases, an alloy is formed between the stacked electrode materials.
The alloying referred to in the present invention is a state in which the metals are not uniformly mixed but rather integrated. Moreover, even when not alloyed, the metal thin film is not clearly separated, and slight metal movement occurs near the contact surface of each electrode material. Alloying as referred to in the present invention may occur at the contact surface.
[0012]
In the present invention, the thickness of the n-electrode is the total film thickness after lamination of each electrode material, and the film thickness of the n-electrode is adjusted by changing the film thickness of each electrode material.
The film thickness of the first electrode material is 10 nm to 200 nm, preferably 10 nm to 50 nm. Within this range, an n-type layer and an ohmic are easily obtained.
The film thickness of the second electrode material is 50 nm to 500 nm, preferably 100 nm to 200 nm. Within this range, an n-type layer and a preferable ohmic can be obtained, and an electrode stable against heat can be obtained.
The film thickness of the third electrode material is 100 nm to 1000 nm, preferably 300 nm to 500 nm. Within this range, the oxidation of the electrode can be prevented, and the adhesive strength is improved.
The film thickness of the fourth electrode material is 100 nm to 1 μm, preferably 200 nm to 500 nm. Within this range, the electrode is satisfactorily prevented from being oxidized, and when the fourth electrode material is used on the top of the n-electrode, the adhesion strength with the ball is improved.
[0013]
In the present invention, the n-electrode is formed by laminating the first to third or fourth electrode materials. The order of lamination of the electrode materials is not particularly limited as described above, and the preferred order of lamination is preferably to form the electrodes by laminating each of the first, second, and third electrode materials. These electrode materials are laminated with a metal or an alloy using an apparatus such as vapor deposition or sputtering to form an electrode.
In the case of the first and second electrode materials using two or more kinds of metals as the electrode material, the multilayer film in which one kind of metal is laminated may be alloyed by annealing treatment.
[0014]
In the present invention, after the first to third electrode materials are laminated or after the first to fourth electrode materials are laminated, an annealing treatment is performed in order to obtain a good ohmic contact. The annealing temperature is 400 ° C. or higher, preferably 600 ° C. or higher, and the upper limit is not particularly limited, but is preferably 1200 ° C. or lower. Annealing at 400 ° C. or higher is preferable because the resistivity starts to decrease and a preferable ohmic contact is obtained, and when it is 1200 ° C. or lower, decomposition of the nitride semiconductor can be prevented.
[0015]
In the present invention, the nitride semiconductor on which the electrode is formed is grown using a vapor phase growth method such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD, MOVPE) or hydride vapor phase epitaxy (HDCVD). The n-electrode is formed on an n-type nitride semiconductor, and the p-electrode is formed on a p-type nitride semiconductor. Here, n-type or p-type refers to a nitride semiconductor containing n-type or p-type impurities. Further, the n-electrode of the present invention can be applied to a nitride semiconductor having any layer structure. The p electrode formed in the p-type layer together with the n electrode of the present invention may be any one.
[0016]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to this.
[Example 1]
Example 1 according to the present invention is a production example of the nitride semiconductor element (LD element) shown in FIG. 4 and is produced by the following procedure.
First, the substrate 10 made of sapphire (C-plane) is set in a reaction vessel, and the inside of the vessel is sufficiently replaced with hydrogen, and then the temperature of the substrate is raised to 1050 ° C. while flowing hydrogen to clean the substrate.
Subsequently, the temperature is lowered to 510 ° C., hydrogen is used as the carrier gas, ammonia (NH 3 ) and TMG (trimethylgallium) are used as the source gas, and a buffer layer 11 made of GaN is formed on the substrate 10 to a thickness of about 200 Å. Grow in.
[0017]
After growth of the buffer layer 11, only TMG is stopped and the temperature is raised to 1050 ° C. When the temperature reaches 1050 ° C., similarly, TMG and ammonia gas are used as the source gas, and the second buffer layer 112 made of undoped GaN with a carrier concentration of 1 × 10 18 / cm 3 is grown to a thickness of 5 μm. The second buffer layer 112 is In X Al Y Ga 1-X -Y N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) can be configured in its composition but is not intended asks particular, Al preferably undoped Al Y Ga 1-Y N (Y value) of 0.1 or less, most preferably undoped GaN.
Subsequently, at 1050 ° C., an n-side contact layer 12 made of n-type GaN doped with Si at 1 × 10 19 / cm 3 is grown to a thickness of 1 μm using TMG, ammonia, and silane gas (SiH 4 ) as an impurity gas. . The n-side contact layer 12 is more preferably formed of a superlattice.
[0018]
Next, the temperature is set to 800 ° C., TMG, TMI (trimethylindium) as the source gas, ammonia, silane gas as the impurity gas, and In 0.1 Ga 0.9 N doped with Si at 5 × 10 18 / cm 3. An anti-cracking layer 13 is grown to a thickness of 500 angstroms.
[0019]
Then, the temperature is set to 1050 ° C., and TMA (trimethylaluminum), TMG, ammonia, and silane gas are used, and a first n-type Al 0.2 Ga 0.8 N doped with Si of 5 × 10 18 / cm 3 is used. The layer is grown to a thickness of 20 Å, and then TMA and silane are stopped, and a second layer of undoped GaN is grown to a thickness of 20 Å. This operation is repeated 100 times to grow an n-side cladding layer 14 made of a superlattice layer having a total film thickness of 0.4 μm.
[0020]
Subsequently, an n-side light guide layer 15 made of undoped GaN is grown at 1050 ° C. to a thickness of 0.1 μm.
Next, the active layer 16 is grown using TMG, TMI, ammonia, and silane gas. The active layer 16 is maintained at a temperature of 800 ° C., and a well layer made of In 0.2 Ga 0.8 N doped with Si at 8 × 10 18 / cm 3 is first grown to a thickness of 25 Å. Next, a barrier layer made of In 0.01 Ga 0.99 N doped with Si 8 × 10 18 / cm 3 is grown to a thickness of 50 Å at the same temperature only by changing the molar ratio of TMI. This operation is repeated twice, and an active layer 16 having a total quantum film structure (MQW) having a total film thickness of 175 angstroms and finally a well layer is grown.
[0021]
Next, the temperature is raised to 1050 ° C., TMG, TMA, ammonia are used as the source gas, Cp 2 Mg (cyclopentadienylmagnesium) is used as the impurity gas, the band gap energy is larger than that of the active layer, and Mg is 1 × 10 A p-side cap layer 17 made of p-type Al 0.3 Ga 0.7 N doped with 20 / cm 3 is grown to a thickness of 300 Å.
Subsequently, at 1050 ° C., a p-side light guide layer 18 made of undoped GaN having a band gap energy smaller than that of the p-side cap layer 17 is grown to a thickness of 0.1 μm.
[0022]
Subsequently, using TMG, TMA, ammonia, and Cp 2 Mg, a first layer made of p-type Al 0.2 Ga 0.8 N doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg at 1050 ° C. was formed to a thickness of 20 Å. The film is grown with a film thickness, and then only TMA is stopped, and a second layer made of p-type GaN doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg is grown with a film thickness of 20 Å. This operation is repeated 100 times to form a p-side cladding layer 19 made of a superlattice layer having a total film thickness of 0.4 μm.
Finally, the p-side contact layer 20 made of p-type GaN doped with 2 × 10 20 / cm 3 of Mg is grown on the p-side cladding layer 19 at 1050 ° C. to a thickness of 150 Å.
[0023]
After the completion of the reaction, the temperature is lowered to room temperature, and the wafer is annealed in a reaction vessel at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type layer.
After annealing, the wafer is taken out of the reaction vessel, and as shown in FIG. 1, the uppermost p-side contact layer 20 and the p-side cladding layer 19 are etched by an RIE apparatus to form a ridge shape having a stripe width of 4 μm. To do.
[0024]
Next, a mask is formed on the ridge surface, and as shown in FIG. 1, the surface of the n-side contact layer 12 is exposed so as to be symmetrical with respect to the striped ridge.
[0025]
Next, a p-electrode 21 made of Ni and Au is formed on almost the entire surface of the stripe ridge outermost surface of the p-side contact layer 20. On the other hand, Ti is deposited in a thickness of 10 nm, Al is 200 nm, Rh is 200 nm, and Au is deposited in a thickness of 200 nm to form an n-electrode 23 on almost the entire surface of the striped n-side contact layer 12.
After the p-electrode 14 is formed, the mask is removed, the wafer is put in an annealing apparatus, and annealing is performed at 600 ° C. for 10 minutes in an inert gas atmosphere.
[0026]
Next, as shown in FIG. 1, an insulating film 25 made of SiO 2 is formed on the surface of the nitride semiconductor layer exposed between the p-electrode 21 and the n-electrode 23, and the p-electrode is interposed through this insulating film 25. A p-pad electrode 22 and an n-pad electrode 24 electrically connected to 21 are formed.
As described above, the wafer on which the n-electrode and the p-electrode are formed is transferred to a polishing apparatus, and the sapphire substrate 1 on the side where the nitride semiconductor is not formed is lapped with a diamond abrasive, The thickness is 50 μm. After lapping, the substrate surface is mirror-finished by polishing with 1 μm with a finer abrasive.
[0027]
After polishing the substrate, the polished surface side is scribed and cleaved in a bar shape in a direction perpendicular to the striped electrode to produce a resonator on the cleaved surface. A dielectric multilayer film made of SiO 2 and TiO 2 was formed on the resonator surface, and finally a bar was cut in a direction parallel to the p-electrode to form a laser chip. Next, the chip was placed face up (with the substrate and the heat sink facing each other) on the heat sink, and each electrode was wire-bonded to produce an LD element.
When this laser diode was oscillated at room temperature, good ohmic contact was obtained at room temperature with a threshold current density of 2.9 kA / cm 2 and a threshold voltage of 4.4 V. Furthermore, when 100 laser diodes were randomly extracted from this LD element and continuously oscillated in a high temperature and high humidity state of 40 ° C. and 90% RH, each element showed a life of 10 hours or more, and the electrode deteriorated even at high humidity. It has been found that it has sufficient durability.
[0028]
[Example 2]
In Example 1, the electrode formed on the surface of the n-type GaN contact layer was formed in the same manner except that Zr was 60 nm, Si was 30 nm, Rh was 200 nm, and Au was deposited in a thickness of 200 nm. A good ohmic contact was obtained. Further, when continuous oscillation was performed in a high-temperature and high-humidity state as in Example 1, good results were obtained as in Example 1.
[0029]
[Example 3]
In Example 1, the electrode formed on the surface of the n-type GaN contact layer was formed in the same manner except that Ti was deposited in order of 40 nm, Al 150 nm, Ti 30 nm, Rh 200 nm, and Au 200 nm. As a result, similarly good ohmic contact was obtained. Further, when continuous oscillation was performed in a high-temperature and high-humidity state in the same manner as in Example 1, almost the same result as in Example 1 was obtained.
[0030]
[Comparative Example 1]
In Example 1, the electrode formed on the surface of the n-type GaN contact layer was formed in the same manner except that Ti was deposited in a thickness of 10 nm, Si was deposited in a thickness of 50 nm, and Au was deposited in a thickness of 200 nm. When contact was obtained, continuous oscillation was performed in a high-temperature and high-humidity state in the same manner as in Example 1. As a result, continuous oscillation was possible only for less than 1 hour.
[0031]
【The invention's effect】
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide an n-electrode that has a very preferable ohmic contact with an n-type nitride semiconductor layer and that does not easily deteriorate even when a light-emitting element is used under severe conditions and that has a good lifetime characteristic of the element. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a nitride semiconductor light emitting device as an embodiment capable of providing an n-electrode according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 .... substrate 11 ... buffer layer 112 ... second buffer layer 12 ... n-side contact layer 13 ... crack prevention layer 14 ... n-side cladding layer ( Superlattice layer)
15 ... n-side light guide layer 16 ... active layer 17 ... cap layer 18 ... p-side light guide layer 19 ... p-side cladding layer (superlattice layer)
20... P-side contact layer 21... P electrode 22... P pad electrode 23... N electrode 24.
Claims (3)
前記電極材料を形成する工程の後に、前記電極材料をアニーリングすることにより、前記多層膜の一部、または全部を合金化する工程とを有することを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。A method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device having a p-type nitride semiconductor at least n-type nitride gallium nitride-based semiconductor and gallium nitride, on the n-type nitride semiconductor surface, titanium, zirconium and tungsten A first electrode material composed of at least one of the following, a second electrode material composed of at least one of aluminum, silicon and germanium, and a third electrode material composed of rhodium, the first electrode material or the second electrode material A step of laminating the first electrode material and the second electrode material as a multilayer film, and laminating the third electrode material thereon to form an electrode material. When,
A method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, comprising: after the step of forming the electrode material, alloying a part or all of the multilayer film by annealing the electrode material.
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